JPH04342001A - Apparatus for controlling process variable and adaptive tuning method of adaptive controller - Google Patents

Apparatus for controlling process variable and adaptive tuning method of adaptive controller

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JPH04342001A
JPH04342001A JP3303900A JP30390091A JPH04342001A JP H04342001 A JPH04342001 A JP H04342001A JP 3303900 A JP3303900 A JP 3303900A JP 30390091 A JP30390091 A JP 30390091A JP H04342001 A JPH04342001 A JP H04342001A
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JP
Japan
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signal
controller
process variable
adaptive controller
adaptive
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Pending
Application number
JP3303900A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Morton Sklaroff
モートン・スクラロフ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honeywell Inc
Original Assignee
Honeywell Inc
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B13/00Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
    • G05B13/02Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • G05B13/0205Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric not using a model or a simulator of the controlled system
    • G05B13/024Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric not using a model or a simulator of the controlled system in which a parameter or coefficient is automatically adjusted to optimise the performance
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
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    • G05B11/00Automatic controllers
    • G05B11/01Automatic controllers electric
    • G05B11/36Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential
    • G05B11/42Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential for obtaining a characteristic which is both proportional and time-dependent, e.g. P.I., P.I.D.

Abstract

PURPOSE: To automatically control a process in optimum by tuning the parameter of adaptive controllers. CONSTITUTION: The adaptive controllers 21 and 22 receive error signals and generate output control signals connected to a process 10. The adaptive controllers 21 and 22 are tuned by the process 10 so that the process 10 outputs process variable PV signals having a prescribed characteristic with the output control signals. Process variable PV signals are connected to the second input terminal of a differential device 23 and the adaptive controllers 21 and 22 and therefore the adaptive controllers 21 and 22 can independently monitor the process variable PV signals. The arbitrary change of the process variable PV signal as the result of the disturbance of a process parameter can be detected with such constitution and the tuning of the adaptive controllers 21 and 22 is adjusted. Thus, the process 10 can automatically be controlled in optimum.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明はPID型制御器に関する
ものであり、更に詳しくいえば、自動的にチューニング
されるPID型制御器およびそのための適応制御法に関
するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a PID controller, and more particularly to an automatically tuned PID controller and an adaptive control method therefor.

【0002】0002

【従来の技術】従来の帰還プロセス制御装置においては
、設定点(sp)と、プロセスから帰還された被制御変
数(pv)との間のずれ(e)に関して、比例+積分+
微分動作(PID動作)が行われ、そのPID動作の結
果が制御信号としてプロセスへ供給されていた。プロセ
スを最適制御するためには、それぞれのPID動作を行
うためのPIDパラメータは最適値にセットされる。 従来は、PIDパラメータは手動で調整されていた。手
動調整を行うために、ステップ応答法と限界感度法が周
知である。しかし、それら2つの方法においては、特性
の測定に長時間を要し、測定中にプロセス制御が停止す
るから、その時に得られたpvの値が最も望ましい値で
あることはあり得ない。
BACKGROUND OF THE INVENTION In conventional feedback process control devices, the deviation (e) between the set point (sp) and the controlled variable (pv) fed back from the process is calculated using proportional + integral +
A differential operation (PID operation) is performed, and the result of the PID operation is supplied to the process as a control signal. In order to optimally control the process, the PID parameters for performing each PID operation are set to optimal values. Traditionally, PID parameters were adjusted manually. Step response and limit sensitivity methods are well known for performing manual adjustments. However, in these two methods, it takes a long time to measure the characteristics, and the process control is stopped during the measurement, so the pv value obtained at that time cannot be the most desirable value.

【0003】他方、PIDパラメータが(手動ではなく
て)自動的に決定されるような方法が提案されている。 そのような自動法が米国特許第4,754,391号明
細書に記載されている。しかし、プロセスに何らかの変
化が生じたとすると、制御器を手動で戻さねばならない
On the other hand, methods have been proposed in which the PID parameters are determined automatically (rather than manually). Such an automatic method is described in US Pat. No. 4,754,391. However, if any changes occur in the process, the controller must be returned manually.

【0004】本発明の適応制御器および方法においては
、プロセス出力がモニタされる。したがって、ラインア
ウト(すなわち、sp=pv)後に、設定点(sp)に
対応する変化を起こすことなしに、所定の誤差を生じさ
せるのに十分なプロセス変化が起こるとすると、本発明
の適応制御器はプロセスの解析を開始し、PIDパラメ
ータを再チューニングしてプロセスの制御を最適にする
In the adaptive controller and method of the present invention, process output is monitored. Therefore, assuming that sufficient process changes occur after lineout (i.e., sp = pv) to cause a given error without causing a corresponding change in the set point (sp), the adaptive control of the present invention The instrument begins analyzing the process and retunes the PID parameters to optimize control of the process.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は適応制御器を得ることである。本発明の別の目的
は、制御されるプロセスの最適制御を行うために自動的
に再チューニングすることができる適応制御器を得るこ
とである。本発明の別の目的は、制御されるプロセスの
出力を直接モニタする適応制御器を得ることである。本
発明の別の目的は、接続されるプロセスの出力を直接モ
ニタし、所定の条件が存在することを検出した時に適応
制御器の再チューニングを開始する適応制御器を得るこ
とである。本発明の更に別の目的は、制御されるプロセ
スを最適制御するために、所定の条件が存在する時に適
応制御器を自動的に再チューニングさせる適応制御器お
よび適応制御方法を得ることである。
SUMMARY OF THE INVENTION It is therefore an object of the invention to provide an adaptive controller. Another object of the invention is to obtain an adaptive controller that can be automatically retuned to provide optimal control of the controlled process. Another object of the invention is to obtain an adaptive controller that directly monitors the output of the controlled process. Another object of the invention is to provide an adaptive controller that directly monitors the output of a connected process and initiates retuning of the adaptive controller when it detects that a predetermined condition exists. Yet another object of the present invention is to provide an adaptive controller and an adaptive control method that automatically retune the adaptive controller when predetermined conditions exist in order to optimally control the controlled process.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明はプロセスを制御
する適応制御器および方法を提供する。本発明の適応制
御器は前記プロセスの出力をモニタする。また本発明の
方法は適応制御器のパラメータをチューニングすること
により、プロセスを最適に自動制御する。プロセス制御
装置には、所定の伝達関数と、その伝達関数に関連する
所定のプロセスパラメータとを有するプロセスのプロセ
ス変数を制御する装置(工業制御器)が含まれる。この
装置は、第1の入力端子と第2の入力端子を有し、第1
の入力端子へ結合された第1の信号と、第2の入力端子
へ結合された第2の信号との差を出力する差装置を含む
。この差装置とプロセスへ接続される適応制御器も含ま
れる。適応制御器は差装置から誤差信号を受け、プロセ
スへ結合される出力制御信号を発生する。出力制御信号
でプロセスが所定の特性を持つプロセス変数信号を出力
するように、適応制御器はプロセスにチューニングされ
る。プロセス変数信号は差装置の第2の入力端子と適応
制御器へ結合され、それにより適応制御器が誤差信号と
は独立にプロセス変数信号をモニタすることができる。 この構成により、プロセスパラメータの乱れの結果とし
てのプロセス変数信号の任意の変化を検出することを許
され、その時に適応制御器のチューニングの調整が行わ
れる。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides an adaptive controller and method for controlling a process. The adaptive controller of the present invention monitors the output of the process. The method of the present invention also automatically controls the process optimally by tuning the parameters of the adaptive controller. Process control devices include devices (industrial controllers) that control process variables of a process having a predetermined transfer function and predetermined process parameters associated with the transfer function. The device has a first input terminal and a second input terminal, the first
a difference device that outputs a difference between a first signal coupled to an input terminal of the device and a second signal coupled to a second input terminal of the device. Also included is an adaptive controller connected to the difference device and process. The adaptive controller receives the error signal from the difference device and generates an output control signal that is coupled to the process. The adaptive controller is tuned to the process such that the output control signal causes the process to output a process variable signal with predetermined characteristics. The process variable signal is coupled to a second input terminal of the difference device and to the adaptive controller, thereby allowing the adaptive controller to monitor the process variable signal independently of the error signal. This configuration allows any change in the process variable signal as a result of a perturbation of the process parameter to be detected and adjustments to the tuning of the adaptive controller are made at that time.

【0007】適応制御器を適応チューニングする方法は
(制御プロセスを開始させることを指示する入力を受け
た時に)、設定信号値にプロセス変数信号を等しくする
値を有する出力制御信号のためのステップ関数を出力す
る過程を含む。設定点信号はプロセス制御装置へ入力さ
れる。プロセスを識別するためにプロセス変数が検出さ
れ、適応制御器のためのチューニングパラメータが計算
される。ラインアウトが生じた後で、プロセス変数信号
がモニタされる。設定点信号に対応する変化を生ずるこ
となしにプロセス変数信号に変化が生じたとすると、プ
ロセスパラメータの変化を補償するためにチューニング
パラメータが調整される。他の場合には、プロセス可変
信号に変化が生じなければ、誤差信号がモニタされる。 新しい設定点値が入力されると、この方法は、ステップ
関数を出力して、プロセスを識別することから始まって
、この方法が反復される。
A method of adaptively tuning an adaptive controller includes (on receiving an input instructing to start a control process) a step function for an output control signal having a value that equalizes a process variable signal to a set signal value. This includes the process of outputting. The set point signal is input to the process control device. Process variables are detected to identify the process and tuning parameters for the adaptive controller are calculated. After lineout occurs, process variable signals are monitored. If a change occurs in the process variable signal without causing a corresponding change in the set point signal, the tuning parameters are adjusted to compensate for the change in the process parameter. In other cases, the error signal is monitored if no change occurs in the process variable signal. When a new set point value is entered, the method begins by outputting a step function to identify the process, and the method is iterated.

【0008】[0008]

【実施例】まず、本発明の適応制御器を含む制御装置の
ブロック図が示されている図1を参照する。制御装置1
はプロセス10を含む。このプロセスは、温度、圧力、
流量等のような所定のパラメータの信号、プロセス変数
(pv)に出力する。制御装置1への入力信号は、設定
点(sp)に出力、またはプロセス変数、の希望の値を
示す値が入力される。設定点信号とプロセス変数信号は
差装置23へ入力される。その差装置は誤差信号eを出
力する。この誤差信号はチューナー21と制御器22へ
結合される。制御器22は周知のマイクロプロセッサと
することができる。チューナー21と制御器22は互い
に関連して動作して、本発明の適応制御器を構成する。 制御器22は誤差信号を受け、出力信号Coを生ずる。 この出力信号Coはプロセス10の出力信号をsp=p
vとするように、入力信号に追従させる。sp=pvと
なった時にラインアウトが生じたといわれる。差装置2
3と、チューナー21と、制御器22とを一緒にパッケ
ージして工業制御器20を構成できる。本発明の好適な
実施例においては、出力信号(プロセス変数pv)が制
御器22へ直結される。このようにして、この制御器は
、ソフトウェアの制御の下に、誤差信号の入力を断ち、
プロセス変数信号を入力することにより、プロセス10
を直接モニタできるようにする。このようにして、適応
制御器21と22(簡単のためにここでは制御器22と
呼ぶことがある)は最初はプロセスを識別し(後述する
)、自身をチューニングする。プロセスパラメータの変
化が生じたとすると、その変化を適応制御器により容易
に検出できる。検出された変化はプロセス利得、時定数
、または不動作時間のうちの1つまたはいくつか(すな
わち、プロセス10における変化)とすることができる
。プロセス10、したがってプロセスパラメータの変化
が、pvを振動させ、pvを減衰振動させることがある
。その場合には、pvを設定点に維持するために、制御
器22はPIDパラメータを補償的に変化させることを
求める。したがって、本発明の適応制御器は、プロセス
10で検出された変化に応答して、設定点信号に対応す
る変化を生ずることなしに、自身で自動的に「再チュー
ニング」する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference is first made to FIG. 1 in which a block diagram of a control device including an adaptive controller of the present invention is shown. Control device 1
includes process 10. This process involves temperature, pressure,
It outputs a signal of a predetermined parameter, such as a flow rate, a process variable (pv). The input signal to the control device 1 is a value indicating a desired value of an output or a process variable at a set point (sp). The set point signal and process variable signal are input to difference device 23. The difference device outputs an error signal e. This error signal is coupled to tuner 21 and controller 22. Controller 22 may be a well-known microprocessor. Tuner 21 and controller 22 operate in conjunction with each other to constitute the adaptive controller of the present invention. Controller 22 receives the error signal and produces an output signal Co. This output signal Co is the output signal of the process 10 sp=p
The signal is made to follow the input signal so that the signal is set to v. A lineout is said to have occurred when sp=pv. Difference device 2
3, the tuner 21, and the controller 22 can be packaged together to form the industrial controller 20. In a preferred embodiment of the invention, the output signal (process variable pv) is directly coupled to controller 22. In this way, the controller, under software control, cuts off the input of the error signal and
By inputting a process variable signal, the process 10
can be directly monitored. In this way, adaptive controllers 21 and 22 (sometimes referred to herein as controller 22 for simplicity) initially identify processes (described below) and tune themselves. If a change in process parameters occurs, it can be easily detected by the adaptive controller. The detected change may be one or more of process gain, time constant, or dead time (ie, a change in process 10). Changes in the process 10, and therefore in the process parameters, may cause pv to oscillate and cause pv to damped oscillations. In that case, in order to maintain pv at the set point, controller 22 seeks compensatory changes in the PID parameters. Thus, the adaptive controller of the present invention automatically "retunes" itself in response to changes detected in process 10 without making a corresponding change in the setpoint signal.

【0009】次に、典型的な制御装置のブロック図が示
されている図2Aを参照する。図2Aに示す制御装置は
入力端子と、出力端子および伝達関数T(s)とを有す
る装置200を含む。入力信号INと、装置200の出
力(OUT)とが差装置23へ接続される。この差装置
は、 OUT=IN[T(s)/{1+T(s)}]であるよ
うに、誤差eを装置200の入力端子へ出力する。ステ
ップ入力に応答して、 OUT=IN[T(s)/S{1+T(s)}]である
Reference is now made to FIG. 2A, where a block diagram of a typical controller is shown. The control device shown in FIG. 2A includes a device 200 having an input terminal, an output terminal and a transfer function T(s). The input signal IN and the output (OUT) of device 200 are connected to difference device 23 . This difference device outputs the error e to the input terminal of the device 200 such that OUT=IN[T(s)/{1+T(s)}]. In response to the step input, OUT=IN[T(s)/S{1+T(s)}].

【0010】次に、制御装置の図2Aに示されている装
置200に類似する装置のブロック図が示されている図
2Bを参照する。この図では図2Aの装置200は2つ
の装置201と202に分割される。装置201と20
2との組合わせた伝達関数は図2Aの装置200の伝達
関数に等しい。したがって、図2Bの分割されている装
置の伝達関数T(s)は T(s)=G1(s)・G2(s) である。
Reference is now made to FIG. 2B, which shows a block diagram of an apparatus similar to apparatus 200 shown in FIG. 2A of the controller. In this figure, the device 200 of FIG. 2A is divided into two devices 201 and 202. Devices 201 and 20
2 is equal to the transfer function of device 200 of FIG. 2A. Therefore, the transfer function T(s) of the divided device of FIG. 2B is T(s)=G1(s)·G2(s).

【0011】ここに、pv=プロセス変数(実際の値)
sp=設定点(希望値または指令値) G1(s)= 工業制御器20(または制御器22)の
伝達関数、 G2(s)= プロセス10の伝達関数である。
[0011] Here, pv=process variable (actual value)
sp = set point (desired or commanded value); G1(s) = transfer function of industrial controller 20 (or controller 22); G2(s) = transfer function of process 10.

【0012】ほとんどの工業プロセスは不動作時間があ
ったり、なかったりする1つまたは2つの遅れより成る
。したがって、それぞれの伝達関数は下記の形をとる。 a)  不動作時間のない1つの遅れ G2(s)= K/(s+a) b)  不動作時間のない二重遅れに対してG2(s)
= K/(s+a)(s+b)c)  不動作時間のあ
る1つの遅れに対してG2(s)=Ke−DTs/(s
+a)d)  不動作時間のある二重遅れに対してG2
(s)=Ke−DTs/(s+a)(s+b)
Most industrial processes consist of one or two delays with or without downtime. Therefore, each transfer function takes the form: a) Single lag without dead time G2(s) = K/(s+a) b) G2(s) for double lag without dead time
= K/(s+a)(s+b)c) G2(s)=Ke-DTs/(s
+a) d) G2 for double delay with dead time
(s)=Ke-DTs/(s+a)(s+b)

【001
3】制御器202の伝達関数G2(s) はプロセス1
0の伝達関数であるから本質的に与えられる。したがっ
て、プロセスパラメータに対する制御を行うことはでき
ない。装置201の伝達関数G1(s)は制御器20の
伝達関数である。この伝達関数G1(s) は制御可能
であって、       G1(s)=Gc(STi+1)(sTd
+1)/{sTi(asTd+1)}であるように示す
ことができる。
001
3] The transfer function G2(s) of the controller 202 is the process 1
Since it is a transfer function of 0, it is essentially given. Therefore, control over process parameters is not possible. The transfer function G1(s) of the device 201 is the transfer function of the controller 20. This transfer function G1(s) can be controlled, and G1(s)=Gc(STi+1)(sTd
+1)/{sTi(asTd+1)}.

【0014】K(s)=Gc   (利得)I(s)=
(Tis+1)/Tis S(s)=(Tds+1)/(aTds+1)であるよ
うに、制御器201は図2Cに示すように更に分けられ
る。
K(s)=Gc (gain) I(s)=
The controller 201 is further divided as shown in FIG. 2C, such that (Tis+1)/Tis S(s)=(Tds+1)/(aTds+1).

【0015】したがって、G1(s)=K(s)I(s
)S(s) であり、このプロセスに対しては、G2(
s) は下記のような種類のものである。 a)  不動作時間がない1つの遅れ G1(s)= K(s)I(s) b)  不動作時間がない二重遅れ G1(s)= K(s)I(s)S(s)c)  不動
作時間のある1つの遅れ G1(s)= K(s)I(s) d)  不動作時間のある二重遅れ G1(s)= K(s)I(s)S(s)
Therefore, G1(s)=K(s)I(s
)S(s), and for this process G2(
s) are of the following types: a) Single lag G1(s) with no dead time = K(s) I(s) b) Double lag G1(s) with no dead time = K(s) I(s) S(s) c) Single lag G1(s) with dead time = K(s) I(s) d) Double lag G1(s) with dead time = K(s) I(s) S(s)

【0016】
プロセス10(すなわち、G2(s)) に応じて、制
御器20は、K(s),I(s),S(s)の少なくと
も1つをスイッチングすることにより(適切な定数をあ
る所定の値に等しく、または零へ、あるいは他の任意の
等しい手段へセットすることにより)限界的に減衰させ
られたシステムを生ずるようにさせられる。 決定すべきチューニング定数(または、K,I,Sに対
応するPID定数)は Gc= 制御器利得 Ti= 積分時間定数 Td= 微分時定数 a=レート利得係数。本発明の好適な実施例では0.1
25に固定される。 である。
[0016]
Depending on the process 10 (i.e., G2(s)), the controller 20 sets the appropriate constant to some predetermined value by switching at least one of K(s), I(s), and S(s). or to zero or any other equivalent means) to produce a marginally damped system. The tuning constants (or PID constants corresponding to K, I, and S) to be determined are: Gc = Controller gain Ti = Integral time constant Td = Differential time constant a = Rate gain coefficient. In the preferred embodiment of the invention, 0.1
It is fixed at 25. It is.

【0017】次に、本発明の適応制御法の流れ図が示さ
れている図3を参照する。この方法は制御プロセスを開
始することによりスタートする(ブロック300)。開
始プロセスにおいては、ユーザーはプロセスを手動モー
ドにおけるそれの範囲の約10パーセントにする。ユー
ザーは低い値のプロセス変数に対する設定点を選択する
。プロセス変数は典型的には最高出力性能の約10%で
ある(たとえば、プロセス変数が弁を制御することであ
れば、プロセス変数は弁の約10%開放を指示し、プロ
セス変数が炉を制御することであれば、低い熱出力を得
るためにプロセス変数はバーナーを10%ターンオンす
る等である)。最後に、ラインアウトが起こると(sp
=pv)このスタートモードではプロセスはほぼ待機モ
ードにある。
Reference is now made to FIG. 3, where a flow diagram of the adaptive control method of the present invention is shown. The method begins by initiating a control process (block 300). In the startup process, the user brings the process to about 10 percent of its scope in manual mode. The user selects a set point for a low value process variable. The process variable is typically about 10% of full power performance (for example, if the process variable is to control a valve, the process variable will command about 10% of the valve to open, and the process variable will control the furnace. process variables such as turning on the burner 10% to obtain a lower heat output). Finally, when a lineout occurs (sp
= pv) In this start mode the process is almost in standby mode.

【0018】自動制御をスタートさせる時は、希望の設
定点が制御装置へ入力され、自動プロセスを開始するこ
とを告げられる。その告知は「自動スタート」押しボタ
ンを押すというような手動操作である(ブロック305
)。制御20は出力値Co を計算する。この出力値は
プロセス変数が設定点に等しいことを予測する。この計
算は、pvをそれの10パーセント位置へ置くために要
求された制御器出力を基にして行われる。制御器20は
ステップ信号を計算された値へ出力し(ブロック310
)、不動作時間の識別を開始する(ブロック315)。 制御器はステップ変化の出力の後で動きを開始するため
にプロセス変数を探し、ステップ変化からpv値のある
所定の小さい増加までに要する時間を測定する。 この時間を不動作時間DTと呼ぶ。ステップ信号を出力
するとプロセス変数値が直ちに増大するならば、制御器
は不動作時間がない(DT=0)ことを決定する。この
方法は、制御装置1に含まれているプロセス10の種類
の識別を続ける(ブロック320)。pv値が上昇を開
始すると、制御器20はスロープを測定する。そのスロ
ープが上昇の開始から連続して減少するものとすると、
プロセスは単一遅れとして識別される。プロセスの時定
数T1 と、定常利得Kとが下の2つの式から計算され
る。 T1=(PV2−PV1)/(PV1′−PV2′)K
=(PV2+PV2′T1)/Co ここに、 PV1とPV2はそれの上昇中におけるPV
の2つの測定値である。PV1′とPV2′はPV1と
PV2 にそれぞれ対応する2つのスロープ測定値であ
る。Coは制御器の出力のステップの大きさである。
[0018] When starting automatic control, the desired set point is input to the controller and signaled to begin the automatic process. The announcement is a manual action such as pressing an "auto start" push button (block 305).
). Control 20 calculates the output value Co. This output value predicts that the process variable is equal to the set point. This calculation is based on the required controller output to place pv at its 10 percent position. Controller 20 outputs a step signal to the calculated value (block 310
), begins identifying dead time (block 315). The controller looks for the process variable to start moving after the output of the step change and measures the time it takes from the step change to some predetermined small increase in pv value. This time is called the dead time DT. If the process variable value increases immediately upon outputting the step signal, the controller determines that there is no dead time (DT=0). The method continues with the identification of the type of process 10 contained in the control device 1 (block 320). When the pv value begins to rise, controller 20 measures the slope. Assuming that the slope decreases continuously from the start of the rise,
The process is identified as a single lag. The process time constant T1 and steady-state gain K are calculated from the following two equations. T1=(PV2-PV1)/(PV1'-PV2')K
=(PV2+PV2'T1)/Co Here, PV1 and PV2 are the PVs during their rise.
These are the two measured values. PV1' and PV2' are two slope measurements corresponding to PV1 and PV2, respectively. Co is the step size of the controller output.

【0019】PV値が上昇を開始すると、制御器はスロ
ープを測定する。スロープが最高値まで上昇し、それか
ら降下すると、このプロセスは2つの遅れを有するもの
として識別される。上昇開始時から最高スロープの点に
達するまでに要する時間t1が測定される。プロセスの
時定数T1,T2と定常状態利得Kが下記の手順に従っ
て計算される。ここで、2遅れ系に対する時間の関数と
してのプロセス変数のカーブが示されている図4を参照
する。
[0019] When the PV value begins to rise, the controller measures the slope. As the slope rises to a maximum value and then falls, the process is identified as having two lags. The time t1 required from the start of the ascent until reaching the point of the highest slope is measured. The process time constants T1, T2 and steady state gain K are calculated according to the following procedure. Reference is now made to FIG. 4, where the curves of process variables as a function of time for a two-lag system are shown.

【0020】一般式から KCo=PV+(T1+T2)PV CoK=mfnt1+PV1 が容易に導かれる。 ここに、m=tanx=PV1′ PV1=t1におけるプロセス変数 である。更に、 N        fn 10      4.3 8        3.8 6        3.3 4        2.7 2        2.2 ここに、n=T1/T2 fn=(T1+T2)/t1 である。From the general formula KCo=PV+(T1+T2)PV CoK=mfnt1+PV1 is easily guided. Here, m=tanx=PV1' PV1=process variable at t1 It is. Furthermore, N fn 10 4.3 8 3.8 6 3.3 4 2.7 2 2.2 Here, n=T1/T2 fn=(T1+T2)/t1 It is.

【0021】t1,PV1,PV1′ を測定し、Co
 を知り、fn=3.3を選択することによりK,T1
,T2を合理的に近似できる。この近似は、Gc,Ti
, Td を計算するために制御器の最初のチューニン
グ(これについては後で説明する)に用いられる(ブロ
ック325)。
[0021] Measure t1, PV1, PV1', and
By knowing and selecting fn=3.3, K, T1
, T2 can be reasonably approximated. This approximation is Gc,Ti
, Td (block 325).

【0022】プロセスがラインアウトに接近するにつれ
て(ブロック330)、Kの正確な値が測定され、fn
の新しい値が計算される。これからT1とT2の新しい
値が計算され、制御器は一層正確に再びチューニングさ
れる(ブロック335)。
As the process approaches lineout (block 330), the exact value of K is measured and fn
A new value of is calculated. From this new values of T1 and T2 are calculated and the controller is retuned more accurately (block 335).

【0023】ブロック335に示す再チューニングの後
で、制御器はpvとspをモニタする。プロセスパラメ
ータが変化し、しかもその時には設定点spの対応する
変化が伴わないとすると(ブロック340)、プロセス
パラメータの変化が判定される。対応する変化なしにp
vの変化が起きないとすると、新しい設定点が入力され
るかどうかを判定するために設定点がモニタされる(ブ
ロック345)。新しい設定点が入力されないとすると
、希望の出力pvを維持するために制御器22はシステ
ムのモニタを続ける。新しい設定点が入力されるならば
(ブロック345)、プロセスはブロック310の出力
ステップでスタートし、プロセスパラメータの計算にお
いて不動作時間の識別とプロセスの識別を反復する(ブ
ロック310〜335)。
After the retuning shown in block 335, the controller monitors pv and sp. If the process parameter changes, but then without a corresponding change in set point sp (block 340), a change in the process parameter is determined. p without corresponding change
Assuming no change in v occurs, the set point is monitored to determine if a new set point is entered (block 345). Assuming no new set point is entered, controller 22 continues to monitor the system to maintain the desired output pv. If a new set point is entered (block 345), the process begins at the output step of block 310 and repeats dead time identification and process identification in calculating process parameters (blocks 310-335).

【0024】設定点に対応する変化を生ずることなしに
プロセス変数の変化が検出されると(ブロック340)
、プロセスパラメータの変化が決定される。
If a change in the process variable is detected without causing a corresponding change in the set point (block 340)
, changes in process parameters are determined.

【0025】次に、プロセス変化補償の流れ図が示され
ている図5を参照する。プロセスパラメータが変化する
ことによりPVが周波数wo で振動させられたとする
と(ブロック400)、 wo≦wi、ここに、wi=1/Ti′(Tiは積分時
定数) である。制御器22は wi=0.5wo であるようにそのノッチをシフトする。 wo>wi であるとすると、制御器はwd=woであるようにその
ノッチをシフトする。ここに、wd=1/Tdである(
Td=微分(レート)時定数)。振動が持続するものと
すると、制御器はそれの利得を半分にする。
Reference is now made to FIG. 5, where a flowchart of process change compensation is shown. If the PV is caused to oscillate at a frequency wo by changing a process parameter (block 400), then wo≦wi, where wi=1/Ti' (Ti is the integration time constant). Controller 22 shifts the notch so that wi=0.5wo. If wo>wi, the controller shifts its notch so that wd=wo. Here, wd=1/Td (
Td = differential (rate) time constant). If the oscillation persists, the controller cuts its gain in half.

【0026】プロセス中の変化でPVが周波数wo で
減衰振動させられるものとすると(ブロック405)、
制御器22は wd=wo にする。プロセスの乱れが起こり、ラインアウトへ戻る
時間tが t>DT+T1+T2 であるとすると、制御器22はwiとwdに1.3を乗
ずることにより周波数のノッチをより高くシフトする。 ここに、tは時間 DT=不動作時間 T1,T2=プロセス時定数 である。
Assuming that changes in the process cause the PV to damped oscillations at frequency wo (block 405),
The controller 22 sets wd=wo. If a process disturbance occurs and the time t to return to lineout is t>DT+T1+T2, controller 22 shifts the frequency notch higher by multiplying wi and wd by 1.3. Here, t is time DT=non-operating time T1, T2=process time constant.

【0027】PVを同じ設定点に維持するために異なる
制御器出力が求められるようにプロセス利得が変化した
とすると(ブロック415)、新しいプロセス利得が次
式により決定される。 Kn=Ko(Coo/Con) ここに、Kn=新しいプロセス利得 Ko=旧プロセス利得 Coo=旧制御器出力 Con=  新しい制御器出力 である。
If the process gain changes such that a different controller output is required to maintain PV at the same set point (block 415), then the new process gain is determined by: Kn=Ko(Coo/Con) where Kn=new process gain Ko=old process gain Coo=old controller output Con=new controller output.

【0028】上記のようにして、プロセス制御器は外部
の介在なしにプロセスのどのような変化にも自動的に適
合させる。
As described above, the process controller automatically adapts to any changes in the process without external intervention.

【0029】制御器のチューニングを付録Aに記す。3
つの遅れを有するプロセス10のような他のプロセスを
本発明の好適な実施例で識別できる。それらのプロセス
は2つの遅れおよび不動作時間として典型的に現れる。 本発明の好適な実施例はそのようなプロセスを識別し、
制御器22は上記のようにして適切にチューニングされ
る。
Controller tuning is provided in Appendix A. 3
Other processes, such as process 10 having two delays, can be identified in the preferred embodiment of the present invention. These processes typically manifest themselves as two delays and a dead time. A preferred embodiment of the invention identifies such a process,
Controller 22 is appropriately tuned as described above.

【0030】付  録  A 一般に、3つの制御器チューニング法が用いられる。そ
れらの方法は、不動作時間のあるプロセスおよび不動作
時間のないプロセスにおける設定点変化と、任意のプロ
セスにおけるプロセスパラメータ変化とに適用される。
Appendix A Generally, three controller tuning methods are used. The methods apply to set point changes in processes with and without downtime, and to process parameter changes in any process.

【0031】制御器の伝達関数は実数が零であるPID
方程式である。       C(s)=Gc(STi+1)(STd+
1)/STi(SaTd+1)          (
A) ここに、Gc= 制御器利得 Ti= 積分時定数 Td= 微分時定数 a=レート利得係数(a=0.125)である。
The transfer function of the controller is a PID whose real number is zero.
It is an equation. C(s)=Gc(STi+1)(STd+
1)/STi(SaTd+1) (
A) where, Gc=controller gain Ti=integral time constant Td=differential time constant a=rate gain coefficient (a=0.125).

【0032】不動作時間のないプロセスにおける設定点
変化の場合には、制御器チューニング法は極打消しであ
る。式(A)の零は式(B)におけるプロセス極を打消
すためにチューニングされる。       P(s)=K/(ST1+1)(ST2+
1)              (B)ここに、K=
プロセスの定常状態利得 T1,T2=プロセス利得(T1>T2)である。
For set point changes in a process without dead time, the controller tuning method is polar cancellation. The zero in equation (A) is tuned to cancel the process pole in equation (B). P(s)=K/(ST1+1)(ST2+
1) (B) Here, K=
Steady state gains of the process T1, T2=process gain (T1>T2).

【0033】極打消しチューニングにおいては、   
   遅れ2つプロセス              
    遅れ1つプロセス        Ti=T1
                         
 Ti=0.16T1        Td=T2  
                        T
2=0        Gc=6/K        
               Td=0      
                         
           Gc=24/Kである。
In polar cancellation tuning,
2 delayed processes
One delay process Ti=T1

Ti=0.16T1 Td=T2
T
2=0 Gc=6/K
Td=0

Gc=24/K.

【0034】不動作時間のあるプロセスにおける設定点
変化に対しては、制御器チューニング法はイー・ビー・
ダーリン(E.B.Dahlin)により開発された方
法である。プロセスの伝達関数は P(s)=Ke−DTs/(ST1+1)(ST2+1
)である。ここに、DT=不動作時間である。
For set point changes in processes with dead time, the controller tuning method
This method was developed by E.B. Dahlin. The process transfer function is P(s)=Ke-DTs/(ST1+1)(ST2+1
). Here, DT=dead time.

【0035】ダーリンクチューニングにおいては、  
    遅れ2つプロセス             
     遅れ1つプロセス        T1=T
i+T2                     
Ti=T1        Td=T1T2/(T1+
T2)         Td=0        G
c=3/K(1+3DT/T2)    (左の式と同
じ)である。
[0035] In darlink tuning,
2 delayed processes
One delay process T1=T
i+T2
Ti=T1 Td=T1T2/(T1+
T2) Td=0 G
c=3/K(1+3DT/T2) (same as the equation on the left).

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

【図1】本発明の方法を利用する本発明の適応制御器を
含む制御装置のブロック図を示す。
FIG. 1 shows a block diagram of a control device including an adaptive controller of the invention that utilizes the method of the invention.

【図2】典型的なそれぞれ異なる制御装置の一部のブロ
ック図を示す。
FIG. 2 shows a block diagram of a portion of a typical different controller.

【図3】本発明の好適な実施例の適応制御法の流れ図を
示す。
FIG. 3 shows a flowchart of the adaptive control method of the preferred embodiment of the present invention.

【図4】遅れ2つプロセスに対する時間の関数としての
プロセス変数の典型的なカーブを示す。
FIG. 4 shows typical curves of process variables as a function of time for a two-lag process.

【図5】本発明の好適な実施例のプロセス変化補償の流
れ図を示す。
FIG. 5 shows a flowchart of process variation compensation in a preferred embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

21  チューナー 22  制御器 23  差装置 21 Tuner 22 Controller 23 Difference device

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  下記a)及びb)を有し、所定の伝達
関数及びそれに関連する所定のプロセスパラメータを有
するプロセスのプロセス変数を制御するための装置(工
業制御器)。 a)  第1の入力端子と第2の入力端子を有し、前記
第1の入力端子へ入力された第1の信号と、前記第2の
入力端子へ入力された第2の信号との差を出力する差手
段。 b)  この差手段と前記プロセスへ接続され、前記差
手段から誤差信号を受けて、前記プロセスへ結合される
出力制御信号を発生し、前記出力制御信号が所定の特性
を有するプロセス変数信号をプロセスに出力させるよう
にチューニングされる適応制御器手段であって、前記プ
ロセス変数信号が前記差手段の第2の入力端子と前記適
応制御器手段とへ入力され、それにより、プロセスパラ
メータの乱れの結果としてのプロセス変数信号の変化を
検出するために、前記誤差信号とは独立に、プロセス変
数信号をモニタすることでチューニングの調整を行う適
応制御器手段。
1. A device (industrial controller) for controlling process variables of a process having a predetermined transfer function and predetermined process parameters associated therewith, having the following a) and b): a) having a first input terminal and a second input terminal, the difference between a first signal input to the first input terminal and a second signal input to the second input terminal; Difference means to output. b) connecting the difference means to the process, receiving an error signal from the difference means and generating an output control signal coupled to the process, the output control signal processing a process variable signal having predetermined characteristics; adaptive controller means tuned to cause an output of the process variable signal to be input to a second input terminal of the difference means and to the adaptive controller means, whereby the process variable signal is input to a second input terminal of the difference means and to the adaptive controller means; Adaptive controller means for making tuning adjustments by monitoring the process variable signal independently of the error signal to detect changes in the process variable signal.
【請求項2】  所定の伝達関数と、この伝達関数に関
連させられた所定のプロセスパラメータとを有するプロ
セスのプロセス変数を制御する適応制御器を有し、プロ
セスへ接続された前記適応制御器からの出力制御信号が
、所定の特性を有するプロセス変数信号(プロセス変数
に関連する値に対応する)をプロセスに出力させるよう
に、適応制御器を前記プロセスでチューニングする方法
において、制御プロセスをスタートさせることを示した
入力を受けた時に、 a)  プロセス制御装置へ入力される設定点信号の値
にプロセス変数信号を等しくするような値を有する前記
出力制御信号のためのステップ関数を出力する過程と、
b)  プロセスを識別するためにプロセス変数を検出
する過程と、 c)  前記適応制御器に対するチューニングパラメー
タを計算する過程と、 d)  ラインアウトが起きた後で、プロセス変数信号
をモニタする過程と、 e)  設定点信号に対応する変化を生じさせることな
しに、プロセス変数信号中に何らかの変化が生ずるもの
とすると、i) プロセスパラメータの変化を補償する
ためにチューニングパラメータを調整する過程と、ii
)過程(f)へ続ける過程と、さもなければ、プロセス
変数信号に変化が生じなければ、iii) 過程(f)
へ続ける過程と、 f)  与えられた設定点値が入力されるとすると、i
) 過程(a)が始まる前記過程を反復する過程と、さ
もなければ、ii)過程(e)を反復する過程と、を備
えることを特徴とする適応制御器を適応チューニングす
る方法。
2. An adaptive controller for controlling a process variable of a process having a predetermined transfer function and a predetermined process parameter associated with the transfer function, the adaptive controller being connected to the process. starting a control process in a method for tuning an adaptive controller in the process such that the output control signal causes the process to output a process variable signal (corresponding to a value associated with the process variable) having predetermined characteristics; a) outputting a step function for the output control signal having a value such that the process variable signal equals the value of the set point signal input to the process controller; ,
b) detecting process variables to identify the process; c) calculating tuning parameters for the adaptive controller; d) monitoring process variable signals after lineout has occurred; e) assuming that some change occurs in the process variable signal without causing a corresponding change in the setpoint signal, i) adjusting the tuning parameter to compensate for the change in the process parameter; and ii
) continue to step (f) and otherwise, if no change occurs in the process variable signal, iii) step (f)
f) Given a given set point value is input, i
A method for adaptively tuning an adaptive controller, characterized in that the method comprises the steps of: ) repeating the step in which step (a) begins, and otherwise ii) repeating step (e).
JP3303900A 1990-10-24 1991-10-24 Apparatus for controlling process variable and adaptive tuning method of adaptive controller Pending JPH04342001A (en)

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